CNC Drum Plotter: 13 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bu talimat, bir plastik boru bölümünden, iki BYJ-48 step motordan ve bir SG-90 servodan yapılmış bir A4/A3 çiziciyi açıklar. Esasen, bir tambura sarılmış düz yataklı bir çizicidir.

Bir motor tamburu döndürürken diğeri baskı kafasını hareket ettirir. Servo kalemi kaldırmak ve indirmek için kullanılır.

Bu çizicinin geleneksel düz yataklı çiziciye göre bir takım avantajları vardır:

• önemli ölçüde daha küçük ayak izi
• sadece bir lineer kılavuz ray gerektirir
• inşa etmek basit
• ucuz

Yerleşik bir yorumlayıcı, Inkscape'den gcode çıktısını kabul eder.

Plotter ile iletişim bir bluetooth bağlantısı üzerinden yapılır.

Çizici, talimatımda açıklanan CNC Grafik Tableti ile uyumludur

Hassas bir araç olmasa da, bu çizicinin doğruluğu, suluboya anahatlarını kağıda aktarma amacı için tatmin edicidir.

Adım 1: Devre

Devre, bir Arduino UNO R3 mikro denetleyici ve üzerine ayrı bileşenlerin monte edildiği özel bir kalkan içerir. Güç, harici bir 5 voltluk 1 amper regülatör aracılığıyla uygulanır. Ortalama akım 500mA civarındadır.

BYJ-48 kademeli motorlar PORTB'ye (D8, D9, D10, D11 pinleri) ve PORTC'ye (pin A0, A1, A2, A3) bağlıdır. SG-90 kalem kaldırma servosu, D3 pimine takılıdır.

İhmal edilebilecek 560 ohm dirençler, bir şeyler ters gittiğinde arduinoya kısa devre koruması sağlar. Ayrıca, besleme rayları arasında "atlama teli" görevi görerek blendajı kablolamayı da kolaylaştırırlar.

1k2 ve 2K2 dirençleri, arduinodan gelen 5 voltluk çıkışı 3,3 volta düşürerek HC-06 bluetooth modülünün [1] zarar görmesini engeller.

[1] USB portu üzerinden arduinoya kod yüklerken HC-06 bluetooth modülünü çıkarın. Bu, herhangi bir seri bağlantı noktası çakışmasını önleyecektir.

2. Adım: Doğrusal Sürücü

Lineer tahrik, 3 mm x 32 mm uzunluğunda alüminyum çubuktan, bir alüminyum levha şeritten ve dört küçük bilyeli makaradan yapılmıştır.

Alüminyum çoğu donanım mağazasında mevcuttur. U624ZZ 4x13x7mm U-yivli kasnaklar https://www.aliexpress.com adresinde mevcuttur.

Tek ihtiyacınız olan basit el aletleri. Alüminyum çubuğu çizici boyutlarınıza uyacak şekilde kesin.

Motor montajı

BJY-48 kademeli motoru bir ucundaki çubuğun içinden geçirin ve motor miline bir GT2 20 dişli, 5 mm delik, kasnak takın. Şimdi, kasnağın serbestçe dönebilmesi için çubuğunuzun diğer ucuna başka bir GT2 kasnağı monte edin. Bunu başarmak için 5 mm çapında boru (radyo) ara parçası ve 3 mm cıvata kullandım.

Şimdi, bir GT2 triger kayışını kasnakların etrafına dolayın. Dişler birbirine geçecek ve bir kablo bağı ile sabitlenecek şekilde triger kayışı uçlarını yarım büküm ile birleştirin.

Son olarak, taşıyıcı tertibatını bir kablo bağı ile triger kayışına bağlayın.

Taşıma tertibatı

Taşıyıcı düzeneği, üzerine U624ZZ kasnaklarının cıvatalandığı bir alüminyum levha şeridinden [1] yapılmıştır. Gerekirse kasnakları alüminyum levhadan ayırmak için 4 mm'lik bir pul kullanın.

4 mm yivli kasnaklar, alüminyum çubuğun üst ve alt kısmına dikey hareket olmayacak şekilde oturur, ancak alüminyum şerit serbestçe sola ve sağa hareket eder.

Taşıyıcının serbestçe hareket etmesini sağlamak için, önce üstteki iki kasnağı monte edin, ardından kasnaklar çubuğa otururken alttaki iki kasnağın konumlarını işaretleyin. Bu iki kasnağın delikleri şimdi delinebilir. Daha büyük 4 mm'lik matkabın kaymasını önlemek için önce küçük bir "pilot" matkap kullanın.

Alüminyum şeridi bir "U" şeklinde bükmeden önce, kalem çapınıza uyacak şekilde üstte ve altta bir delik açın. Şimdi virajları tamamlayın.

Triger kayışını üstteki iki kasnak arasına bir kablo bağı ve 3 mm'lik cıvata ile taşıyıcı tertibata takın.

Kalem kaldırma tertibatı

Bir veya iki kablo bağı kullanarak şaryo tertibatının üstüne bir SG-90 servo takın.

Açtığınız iki deliğe kaleminizi bırakın. Kalemin yukarı ve aşağı serbestçe kaydığından emin olun.

Servo kalem yukarı konumundayken kalem tamburdan biraz uzakta olacak şekilde kaleminize bir "yaka" takın.

[1] Alüminyum, levhanın her iki tarafını keskin bir bıçakla (kutu kesici) çizerek ve ardından kesimi bir masanın kenarından bükerek kesilebilir. Birkaç kıpırdanma ve levha düz bir kırılma bırakarak kırılacaktır. Teneke makasların aksine bu yöntem alüminyumu bükmez.

Adım 3: Davul

Tambur, iki ahşap uç tapalı [1] bir plastik boru bölümünden oluşur.

Uç tapa ana hatlarını çizmek için borunuzun iç yarıçapına ayarlanmış bir pusula kullanın. Şimdi ince bıçaklı bir testere ("başa çıkma", "perde") kullanarak her bir çerçeveyi kesin ve ardından her bir uç tapayı bir ahşap törpü yardımıyla özel olarak takın. Küçük havşa başlı ahşap vidaları kullanarak uç tapaları sabitleyin.

Her uç tapanın ortasından geçen 6 mm mühendislik cıvatası aksı oluşturur.

Tambur Boyutları

Tambur boyutları kağıt boyutunuza göre belirlenir. 100 mm'lik bir tambur çapı, A4 portre ve A3 manzarayı destekler. 80 mm'lik bir tambur çapı yalnızca A4 manzarayı destekleyecektir. Eylemsizliği azaltmak için mümkün olduğunca küçük bir tambur çapı kullanın … BYJ-48 motorları sadece küçüktür.

90 mm'lik bir tambur çapı, A4 dikey ve A3 yatay kağıt için idealdir, çünkü zıt kenarlar tamburun etrafına sarıldığında yaklaşık 10 mm üst üste biner, bu da bantlamak için yalnızca bir dikişiniz olduğu anlamına gelir.

Tamburun döndürülmesi

Her bir aks, tamburun serbestçe dönebilmesi için bir alüminyum uç braketinden geçer. Bir uçtan dingile bağlanan GT-2, 20 dişli, 6mm çaplı, kasnak sayesinde uç savrulması engellenir. Sürekli bir GT-2 triger kayışı, BJY-48 dişli kademeli motoru tambura bağlar. Motor, 5 mm çapında bir kasnak gerektirir.

[1] Plastik uç tapalar çoğu boru çapı için mevcuttur ancak borunun içine değil de üzerine oturdukları ve plastik esneme eğilimi gösterdiği için reddedilmiştir. Cıvatalar yerine sürekli bir aks kullanılsaydı muhtemelen sorun olmazdı… ancak o zaman aksı uç tapalara sabitlemek için bir yönteme ihtiyacınız var.

Adım 4: İnşaat İpuçları

Kalemin tamburun merkezi boyunca hareket ettiğinden emin olun. Bu, ahşap desteklerin köşelerinin kesilmesiyle sağlanabilir. Kalem merkezden uzaktaysa, tamburun kenarından aşağı kayma eğilimi gösterecektir.

İki kalem deliğinin doğru şekilde delinmesi önemlidir. Kalem kılavuzundaki veya taşıyıcı tertibatındaki herhangi bir sallanma, X ekseni boyunca sallanmalara neden olacaktır.

GT-2 triger kayışlarını aşırı sıkmayın… sadece gergin olmaları gerekir. BYJ-48 adımlı motorların çok fazla torku yoktur.

BJY-48 kademeli motorlar, genellikle X ekseni boyunca önemsiz olan ancak Y ekseni söz konusu olduğunda endişe verici olan küçük miktarlarda boşluk gösterir. Bunun nedeni, Y ekseni motorunun bir dönüşünün tamburun bir dönüşüne eşit olması, kalem taşıyıcının tamburun uzunluğunu hareket ettirmek için X ekseni motorunun birçok dönüşü gerektirmesidir. Tambur üzerinde sabit bir tork tutularak herhangi bir Y ekseni boşluğu ortadan kaldırılabilir. Basit bir yöntem, tamburun etrafına sarılmış bir naylon kordona küçük bir ağırlık takmaktır.

Adım 5: Bresenham'ın Çizgi Çizme Algoritması

Bu çizici, Bresenham'ın çizgi çizme algoritmasının optimize edilmiş bir sürümünü [1] kullanır. Ne yazık ki bu algoritma sadece 45 dereceden küçük veya buna eşit çizgi eğimleri için geçerlidir (yani bir dairenin bir oktantı).

Bu sınırlamayı aşmak için, tüm XY girişlerini ilk "oktant" ile "eşleştiriyorum", ardından çizim zamanı geldiğinde onları "eşleştiriyorum". Bunu başarmak için giriş ve çıkış eşleme fonksiyonları yukarıdaki şemada gösterilmiştir.

türetme

Bresenham'ın algoritmasına aşina iseniz, bu adımın geri kalanı atlanabilir.

(0, 0)'dan (x1, y1)'e bir çizgi çizelim, burada:

• x1=8=yatay mesafe
• y1=6=dikey mesafe

Orijinden (0, 0) geçen düz bir çizginin denklemi, y=m*x denklemi ile verilir, burada:

m=y1/x1=6/8=0.75=eğim

Basit Algoritma

Bu satırı çizmek için basit bir algoritma:

• int x1=8;
• int y1=6;
• yüzer m=y1/x1;
• arsa(0, 0);
• for (int x=1; x<=x1; x++) {
• int y=yuvarlak(m*x);
• arsa(x,y);
• }

Tablo 1: Basit Algoritma

x	m	m*x	y
0	0.75	0	0
1	0.75	0.75	1
2	0.75	1.5	2
3	0.75	2.25	2
4	0.75	3	3
5	0.75	3.75	4
6	0.75	4.5	5
7	0.75	5.25	5
8	0.75	6	6

Bu basit algoritmada iki sorun var:

• ana döngü yavaş olan bir çarpma içerir
• aynı zamanda yavaş olan kayan nokta sayılarını kullanır

Bu doğru için y'ye karşı x grafiği yukarıda gösterilmiştir.

Bresenham Algoritması

Bresenham, sıfıra başlatılan bir 'e' hata terimi kavramını tanıttı. Tablo 1'de gösterilen m*x değerlerinin, 'm'nin 'e'ye art arda eklenmesiyle elde edilebileceğini fark etti. Ayrıca, y'nin yalnızca m*x'in kesirli kısmı 0,5'ten büyükse artırıldığını fark etti. Karşılaştırmasını 0<=0.5<=1 aralığında tutmak için y her artırıldığında 'e'den 1 çıkarır.

• int x1=8;
• int y1=6;
• yüzer m=y1/x1;
• int y=0;
• yüzer e=0;
• arsa(0, 0);
• for (int x=1; x<=x1; x++) {
• e+= m;
• if (e>= 0,5) {
• e -= 1;
• y++;
• }
• arsa(x,y);
• }

Tablo 2: Bresenham Algoritması

x	m	e	e-1	y
0	0.75	0	0	0
1	0.75	0.75	-0.25	1
2	0.75	0.5	-0.5	2
3	0.75	0.25		2
4	0.75	1	0	3
5	0.75	0.75	-0.25	4
6	0.75	0.5	-0.5	5
7	0.75	0.25		5
8	0.75	1	0	6

Algoritmayı ve tablo 2'yi incelerseniz şunu göreceksiniz;

• ana döngü sadece toplama ve çıkarma kullanır … çarpma yoktur
• y modeli tablo 1 ile aynıdır.

Ama biz hala kayan noktalı sayılar kullanıyoruz… hadi bunu düzeltelim.

Bresenham'ın (Optimize Edilmiş) Algoritması

'm' ve 'e'yi 2*x1 ile ölçeklersek, Bresenham'ın kayan nokta algoritması bir tamsayı biçimine dönüştürülebilir, bu durumda m=(y1/x1)*2*x1=2*y1

'M' ve 'e' ölçeklemesinin yanı sıra, algoritma aşağıdakiler dışında yukarıdakine benzer:

• 'x'i her artırdığımızda 'e'ye 2*y1 ekleriz
• e, x1'den büyük veya eşitse y'yi artırırız.
• 'e'den 1 yerine 2*x1 çıkarırız
• x1, karşılaştırma için 0,5 yerine kullanılır

Döngü test için sıfır kullanırsa algoritmanın hızı daha da artırılabilir. Bunu yapmak için 'e' hata terimine bir ofset eklememiz gerekiyor.

• int x1=8;
• int y1=6;
• int m=(y1<<1); //sabit: 2*x1 ile ölçeklendirilmiş eğim
• int E=(x1<<1); //sabit: döngüde kullanım için 2*x1
• int e = -x1; // -E/2 ofset: test şimdi sıfırda yapıldı
• arsa(0, 0);
• int y=0;
• for (x=1; x<=x1; x++) {
• e += m;
• if (e>=x1) {
• e -= E
• y++;
• }
• arsa(x,y);
• }

Tablo 3: Bresenham'ın (Optimize Edilmiş) Algoritması

x	m	E	e	e - E	y
0	12	16	-8		0
1	12	16	4	-12	1
2	12	16	0	-16	2
3	12	16	-4		2
4	12	16	8	-8	3
5	12	16	4	-12	4
6	12	16	0	-16	5
7	12	16	-4		5
8	12	16	8	-8	6

Bir kez daha y modeli diğer tablolardakiyle aynıdır. Tablo 3'ün sadece tamsayılar içerdiğini ve doğrunun 'm' eğimi olan m/E=12/16=0.75 oranının olduğunu belirtmek ilginçtir.

Ana döngü yalnızca toplama, çıkarma ve sıfırla karşılaştırmayı içerdiğinden bu algoritma son derece hızlıdır. Çarpma, x1 ve y1 değerlerini iki katına çıkarmak için "sola kaydırma" kullanarak 'E' ve 'm' değerlerini başlattığımız zaman dışında kullanılmaz.

[1] Bresenham algoritmasının bu optimize edilmiş versiyonu, telif hakkı © 1994-2006, W Randolph Franklin (WRF) adlı bir "Bresenham Çizgisi ve Daire Çizimi" makalesinden alınmıştır. Materyalleri, kendisine atıfta bulunmanız ve ana sayfasına geri bağlantı vermeniz koşuluyla, kar amacı gütmeyen araştırma ve eğitim için kullanılabilir,

Adım 6: Kod

Ekli dosyayı aynı ada sahip bir klasöre indirin ve ardından arduino IDE'nizi (entegre geliştirme ortamı) kullanarak çiziciye yükleyin.

Yüklemeyi denemeden önce HC-06 bluetoorh modülünün fişini çekin. Bu, USB kablosuyla seri bağlantı noktası çakışmasını önlemek için gereklidir.

Üçüncü Taraf Kodu

Yukarıdaki.ino koduna ek olarak, ücretsiz / bağış yazılımı olan aşağıdaki yazılım paketlerine ihtiyacınız olacak:

• https://osdn.net/projects/ttssh2/releases/ adresinde bulunan Teraterm
• https://inkscape.org/en/download/ adresinde bulunan Inkscape

Yukarıdaki üçüncü taraf paketlerinin her birini kurma ve kullanma talimatları https://www.instructables.com/id/CNC-Robot-Plotter/ makalemde bulunabilir.

7. Adım: Menü

"Teraterm" kullanarak çizicinizle bluetooth bağlantısı kurun.

Tüm komutlar büyük harf olduğu için "büyük harf kilidini" açın.

'M' harfini yazın ve yukarıda gösterildiği gibi bir menü görünmelidir.

Menü oldukça açıklayıcı:

• M (veya M0) menüyü getirir
• G0, kalemi kaldırılmış durumdayken belirli bir XY koordinatına göndermenize olanak tanır.
• G1, kalemi indirilmiş olarak belirli bir XY koordinatına göndermenizi sağlar.
• T1, kaleminizi 0, 0 koordinatınızın üzerine yerleştirmenizi sağlar. Çıkmak için 'E' yazın.
• T2, çiziminizi ölçeklendirmenizi sağlar. Örneğin "T2 S2.5" çiziminizi %250 ölçeklendirecektir. Varsayılan ölçek %100'dür
• T3 ve T4, kalemi kaldırmanıza veya indirmenize izin verir.
• T5 bir "ABC" test deseni çizer.
• T6 bir "hedef" çizer.
• T7, amacı Bresenham'ın algoritmasının sekiz "oktant"ın her birinde çalıştığını doğrulamak olan bir dizi radyal çizgi çizer.

Notlar:

• tüm kalem hareketleri, T2 menü seçeneğini kullanarak çizim ölçeği setini kullanır
• "17:" ve "19:" numaraları, arduino yorumlayıcısının "Xon" ve "Xoff" terminal el sıkışma kodlarıdır.

Adım 8: Kalibrasyon

X_STEPS_PER_MM ve Y_STEPS_PER_MM değerleri 90 mm çaplı bir tambur içindir.

Diğer tambur çapları için değerler aşağıdaki ilişkiler kullanılarak hesaplanabilir:

• tamburun çevresi PI * çapıdır
• 2048 adım, her motor milinin bir devrine eşittir
• GT-2 kasnağının bir devri, triger kayışının 40 milimetre doğrusal hareketine eşittir

Başka bir yöntem de aşağıdaki komutları girmektir,

• G1 X0 Y100
• G1 X100 Y100

sonra ortaya çıkan çizgilerin uzunluğunu ölçün ve X-STEPS_PER_MM ve Y_STEPS_PER_MM için değerleri "ölçekleyin"

9. Adım: Gcode Ön İşleme

Bu çizici, yalnızca dört Inkscape gcode'unu gerektirir (yani: G0, G1, G2, G3). Gereksiz tüm gcode'ları ve yorumları kaldırırsak, kod önemli ölçüde daha hızlı yürütülür.

Bunu yapmak için bir "Notepad++" kopyasına ihtiyacınız var. Bu ücretsiz metin düzenleyici, istenmeyen metni bulmak ve kaldırmak için bir "normal ifade" arama motoru içerir. Notepad++, https://notepad-plus-plus.org/download/v6.9.2.html adresinden edinilebilir.

Değiştirilecek dosyayı Notepad++ ile açın ve imlecinizi dosyanın en üstüne getirin.

Üst menü çubuğundan "Sembol/Tüm Karakterleri Görüntüle/Göster" ve ardından "Ara/Değiştir…" öğesini seçin.

"Normal İfade" onay kutusunu tıklayın (1. resme bakın) ve aşağıdaki kod dizilerinin her birini arama kutusuna girin.

Her girişten sonra "Tümünü Değiştir"e tıklayın:

• %
• (.*)
• ^A.*$
• Z.*$

Yukarıdaki normal ifadeler tüm % sembollerini, parantez içinde gösterilen tüm yorumları, tüm M kodlarını, tüm Z kodlarını ve takip eden kodları kaldırır.

Şimdi "Genişletilmiş İfade" onay kutusunu tıklayın (2. resme bakın) ve aşağıdaki kod sırasını girin:

r\n\r\n\r\n

Bu ifade, ilk dizi tarafından oluşturulan istenmeyen satır başlarını ve satır beslemelerini kaldırır.

"Farklı Kaydet" seçeneğini kullanarak dosyanızı farklı bir adla kaydedin.

Tamamlandı.

Adım 10: Sonuçlar

Bu çizici "kavram kanıtı" olarak inşa edildi ve asla mükemmel olması amaçlanmadı. Sonuçların çok kötü olmadığını söyledikten sonra. Suluboya anahatlarını kağıda aktarmaya yönelik tasarım hedefime kesinlikle uyuyorlar.

İlk üç görüntü, sırasıyla T5, T6, T7 yerleşik test desenleridir.

"Merhaba Dünya!" desen bluetooth ile çiziciye gönderildi. Bu dosyanın "önceden işlenmiş" bir kopyası eklenmiştir.

Adım 11: Kod Güncelleme

Bu çizicinin kodu Drum_Plotter_V2.ino olarak güncellendi.

Orijinal Drum_Plotter.ino'daki değişiklikler şunları içerir:

• daha yumuşak kalem konumlandırma
• artık G02 gcode talimatlarını tanır (saat yönünde yaylar)
• artık G03 gcode talimatlarını tanır (saat yönünün tersine yaylar)

Ekli şema, yay açısını hesaplama yöntemimi özetlemektedir.

Adım 12: Drum_plotter_v3.ino

"CNC Drum Plotter" için bir kod güncellemesi eklenmiştir.

"drum_plotter_v3.ino", çizicinin doğruluğunu etkileyen küçük bir hatayı düzeltir.

Tarihi değiştir

Versiyon 2:

Bi-yay eğrileri eklendi

Sürüm 3:

Aşağıdaki işlevler, çizici doğruluğunu etkileyen küçük bir hatayı gidermek için yeniden yazılmıştır.

• (int), move_to() işlevinde round() ile değiştirildi.
• draw_line() işlevi "oktant" arama algoritması geliştirildi
• Yorumlayıcı artık tasarımı basitleştiren işaretçiler yerine dize işlevlerini kullanıyor. Örneğin, artık "M" harfini aramak yerine "MENU" kelimesini arayabilir ve ardından gelen tamsayıyı çıkarabiliriz. Bu, çiziciyi kendi komutlarınızla kişiselleştirmenizi sağlar.

Adım 13: Drum_plotter_plotter_v4.ino

16 Ocak 2017:

Bu tambur çizicinin kodu daha da optimize edilmiştir. Ek özellikler eklendi.

Değişiklikler şunları içerir:

• daha hızlı draw_line() algoritması
• eşleşen move_to() işlevi
• adım sayaçları
• küçük hata düzeltmesi

Daha fazla ayrıntı için ekteki "drum_plotter_v4.ino" içindeki yorumları okuyun.

Diğer talimatlarımı görüntülemek için buraya tıklayın.